JPH0440601B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明はボイラの管群構造に係り、特に熱応
力の発生を減少させると共に剛性を増加させた管
群の構造に関する。

第１図は、ボイラの燃焼室並びに火炉全体の概
略外観構造を示す。

この種のボイラは、ひれ（メンブレンバー）付
きの管体等相互を気密に保つように接合すること
によつて平面的な管群を形成し、これら管群の組
合せによつて箱型の燃焼室並びに火炉を構成して
いる。第１図においては主として水壁管群１、ケ
ージ側壁管群２、ケージ床壁管群３、天井壁管群
４等によつてこれら燃焼室が構成されている。

第２図は、第１図のＡ部の詳細を示し、ボイラ
炉外側から観た各管群の取合部（水壁・ケージの
取合部と通称されている）の従来構造を示し、第
３図は第２図のＢ−B′視図を示す。

まず第２図及び第３図に示す如く水壁管５には
メンブレンバー８ａを、ケージ側管６にはメンブ
レンバー８ｂを、またケージ床管７にはメンブレ
ンバー８ｃをそれぞれ管軸方向に連続して溶接９
で接続し気密性を有する平面的な管群１，２，３
を形成している。

ここで、第１図と第２図並びに第３図におい
て、水壁管５と管群を形成する第１のメンブレン
バーとしてのメンブレンバー８ａとから形成され
る水壁管群１と、ケージ側管６と管群を形成する
第１のメンブレンバーとしてのメンブレンバー８
ｂとから形成されるケージ側壁管群２とは管群を
接合する第２のメンブレンバーとしてのメンブレ
ンバー８ｄによつて係合される。

同様にケージ床管７とメンブレンバー６ｃとに
よつて形成されるケージ床壁管群３は、メンブレ
ンバー８ｅによつて水壁管群１と結合されてい
る。

よつて第２図のＣ部近傍では３種類の管群が複
雑に合体することになり、構造物、特に熱応力が
発生する構造物としては強度的に最も注意しなけ
ればならない形状不連続部を形成することにな
る。

さらに第２図におけるＣ部では、構造上第２の
メンブレンバーとしてのメンブレンバー８ｄが途
中で切れており、いわゆるメンブレンバー端部を
形成せざるをえず形状不連続を更に助長すること
になる。

一方ボイラの運転系統による各管群内の流体
（温水又は蒸気）の流れは、まず水壁管群内の下
側から上部方向へ流れるにつれ温度上昇した後、
他の各種機器系統を経た後ケージ側壁管群３と下
側に位置するケージ側壁管寄１０に入りケージ側
管６内を再び上部方向に流れさらに温度上昇する
のが一般的な系統である。このためＡ部における
各管群内の流体の温度は自ずと相違し、各管群の
膨張、収縮により応力が発生する。

加えてこの部分には水壁管５とケージ側管６を
結合しているメンブレンバー８ｄの止端部があ
り、こうした応力のほとんどはこのメンブレンバ
ー止端部に集中してくる。

第４図Ａ及び第４図Ｂは、第２図におけるＣ
部、すなわちメンブレンバー溶接止端部の詳細を
示しており、一般にこの止端部は形状的にひずみ
（応力）集中個所となるため回し溶接後なめらか
なアール仕上げ（図中符号３０で示す）はするも
ののやはり他の部分より応力集中することないな
めない。

特に、ボイラの起動、停止並びに各種負荷変動
時等では、前述した要因による繰り返し圧力がこ
の溶接止端部に集中することによつて、この部分
には疲労損傷が蓄積され、時として疲労亀裂発生
の可能性も大となる。

例えば、第４図Ａにおいて、管群の面内曲げす
なわちＸ方向の繰返し応力に対してはX′の、ま
た管群の軸方向すなわちＹ方向の応力ではY′の
方向に疲労亀裂１１が発生する可能性がある。

さらに管群の面外応力すなわちＺ方向の繰返し
応力も発生する可能性がある。

このような複雑な繰返し応力負荷は、メンブレ
ンバー溶接止端部で疲労亀裂を発生させるのみで
なく、しばしば圧力部である各管の肉厚方向に進
展し貫通し、内部流体の漏洩に結びつき、結果と
して系全体の機能を損なうことになることから重
大な問題とされている。

つまり、Ａ部で示す取合部は温度条件並びに変
形挙動の異なる３種の管群が一個所で合体してい
ること、その部分に強度的に弱いメンブレンバー
の止端部が位置していること、更にメンブレンバ
ー止端部は形状的に応力集中源になるばかりでな
くこの部分が応力あるいはひずみ負荷の支点とな
ること等、強度的な悪条件が重複している。

この発明は上述した問題点に鑑み構成したもの
であり、各管群（管壁）の取合部における応力の
集中を防止し、管壁の疲労損傷を防止すると同時
に安全性の向上が図られる管壁構造を提供するこ
とにある。

要するにこの発明は、管と第１のメンブレンバ
ーで形成されている複数の平面状管群からなり、
該複数の平面状管群は第２のメンブレンバーで接
合されており、該第２のメンブレンバーは前記管
の途中で切れた止端部を有する管群構造におい
て、前記複数の平面状管群の表面にまたがつてし
かも前記止端部を覆うように当て板を取り付け、
該当て板には前記止端部が外部から目視可能なよ
うに開口部を設けるようにしたものである。

以下この発明の実施例につき説明する。

第９図はこの発明の実施例を示すが、先ず第５
図および第６図により水壁構造について説明する
が、水壁管群１、ケージ側壁管群２、ケージ床壁
管群３等の各管群の配置形状、その結合方法等は
従来構造と同じである。

この発明は取合部に開口部を有する補強部材
（当て板）を設けたことにその特徴がある。

本願発明の実施例を第９図を用いて説明する前
に、第５図ないし第８図で当て板の取り付け構造
を説明する。即ち、水壁管５とメンブレンバー８
ａとからなる水壁管群１、及びケージ側管６とメ
ンブレンバー８ｂとからなるケージ側壁管群２
の、ボイラ燃焼室外側（第６図符号３１で示す）
に、長方形の駒１２を複数個取り付ける。さらに
その外側に駒１２の複数個にわたる大きさの、例
えば長方形とした当て板（補強板）１３を取り付
ける。この取り付けは当て板１３の周囲の一部を
除いたほぼ全周にわたつて駒１２と管５及び６に
接するように符号３２で示す溶接接合をするもの
である。

このような各部品の形状並びに結合方法等につ
いては、第５図のＥ部近傍を代表して第７図にそ
の詳細を、また第７図のＦ−F′断面構造詳細を第
８図に示す。すなわち、各管群の外側（火炉外
側）に設けた複数個の駒１２はその長手方向両側
全長にわたつて、かつ駒の表面は各管の外周頂点
と同じ位置になるように溶接１４で接合する。
（第８図参照）こうした接合方法を実施すること
により、各管からの熱伝導並びに各種荷重を、こ
の駒１２を介してそのその外側に取り付ける当て
板１３に確実に伝えることができる。即ち管と駒
と当て板とは熱的にも機械荷重的にも一体となる
ことを考慮したものである。

なお、駒１２の肉厚は特に規定しないが、取付
位置の空間を考慮すれば、メンブレンバーとほぼ
同等とするのが好ましい。またこの駒１２の長さ
は第７図に示した如く当て板１３の幅方向長さよ
り両端各々30〜50mm程度長くするのが理想的とな
る。

こうして各々の駒を接合したその上側（外側）
に当て板１３を取り付ける。この当て板１３は管
群１と２の取合部を中心として各々両側に管の直
径の５〜６倍の長さ、また幅方向には300〜500mm
にわたり、肉厚はメンブレンバーの２〜３倍とす
るのが好ましい。この当て板は、第５図及び第７
図に示した如く、水壁管５とケージ側管６のうち
一番端部の管（取合部となる管、図中符号５′，
６′で示す）の下部の部分のみを除き、他は全周
にわたつて管及び駒と溶接１５によつて結合固定
する。なお、すみ肉溶接１５の両終端は応力集中
源となるため、圧力部である管の表面でなく、駒
の表面（符号１５′，１５″で示す）に位置させる
ところにも意義がある。

以上、当て板１３の取り付け構造を説明したが
第９図で本願発明の実施例を更に説明する。

第９図の中で第５図ないし第８図と同一部分は
同一の符号で示す。

第９図において、当て板１３の中央近傍に開口
部３３を設け、メンブレンバー溶接止端部並びに
その両側の水壁管５′，６′及びケージ床管７の一
部を外部から目視可能にしたところに特徴を有す
る。このようにすれば最も応力が集中する部分に
ついての点検が容易となり装置の安全性をさらに
高めることができる。

この発明を実施することにより以下の如き効果
を奏することができる。

(イ) 各種平面状管群の取合部における剛性が大幅
に高まるためこの取合部を熱応力に対して十分
耐え得る強度とすることができる。

(ロ) 発生した応力を分散させることができ、従来
の如くメンブレンバー止端部に応力が集中する
ことがないので前記剛性の向上と相俟つて取付
部の物理的強度は飛躍的に向上する。

(ハ) ボイラの運転に当つて最も大きな熱応力が発
生するメンブレンバー止端部を、当て板を取り
外すことなく検査できるので、ボイラの平板状
管群全体の安全性向上を簡便に達成できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はボイラの燃焼室全体の概略構造を示す
斜視図、第２図は第１図のＡ部詳細図、第３図は
第２図のＢ−B′線による視図、第４図Ａは第２
図のＣ部構造詳細図、同Ｂは同ＡのＣ−C′線によ
る断面図、第５図はこの発明の一実施例による各
管群取合部における当て板取り付け構造を示す外
観構造図、第６図は第５図のＤ−D′線による視
図、第７図は第５図のＥ部詳細構造図、第８図は
第７図Ｆ−F′線による断面図、第９図は本願発明
の一実施例を示す外観構造図である。 １……水壁管群、２……ケージ側壁管群、５…
…水壁管、８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ，８ｅ……メ
ンブレンバー、１２……駒、１３……当て板、１
５……すみ肉溶接、３３……開口。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 管と第１のメンブレンバーで形成されている
   複数の平面状管群からなり、該複数の平面状管群
   は第２のメンブレンバーで接合されており、該第
   ２のメンブレンバーは前記管の途中で切れた止端
   部を有する管群構造において、前記複数の平面状
   管群の表面にまたがつてしかも前記止端部を覆う
   ように当て板を取り付け、該当て板には前記止端
   部が外部から目視可能なように開口部が設けられ
   ていることを特徴とするボイラの管群構造。 ２ 前記平面状管群の表面への前記当て板の取り
   付けは、駒を介したすみ肉溶接であり、該すみ肉
   溶接の終端は駒の表面に位置することを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載のボイラの管群構
   造。